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Optische Entfernungsmessvorrichtung.
Das Messen von Entfernungen mittels optischer Messvorrichtungen beruht auf der bekannten Distanzgleichung D = K. L + k für waagrechte Visuren und D = K. L cos2 + k. cos für schiefe
Visuren, wobei D die zu messende Entfernung, L der im Fernrohr erscheinende Lattenabschnitt zwischen den beiden parallelen distanzmessenden Fäden, K die Multiplikationskonstante und keine additionelle Konstante bedeutet. Ist die Multiplikationskonstante z. B. 100, so ist der Lattenabschnitt L, wenn von der additionellen Konstanten k abgesehen wird, der hunderste Teil der zu messenden Distanz.
Der beim Ablesen des Lattenabschnittes begangene Fehler wird für die wirkliche Entfernung selbstverständlich hundertmal grösser. Wird nun der Lattenabschnitt mit der ablesbaren Genauigkeit von Zentimeter und schätzungsweise von Millimeter angegeben, so erhält man die waagrechte Entfernung ausgedrückt in Meter und schätzungsweise in Dezimeter.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, auch die Millimeter und auch Bruchteile eines
Millimeters direkt ablesen zu können, so dass man also bei einer Multiplikationskonstanten 100 die zu messende Entfernung bis auf Zentimeter genau ermitteln kann. Erreicht wird dies durch eine Einrichtung an dem Fernrohr des Messinstrumentes, die zwei Träger mit je einem parallel zu den distanzmessenden
Fäden liegenden Faden enthält, welche Träger senkrecht zu den distanzmessenden Fäden verschiebbar sind. Die Bewegungsorgane der beiden Träger sind daher derart miteinander verbunden, dass, wenn der eine Träger verschoben wird, der andere in einem bestimmten, gegebenenfalls verschieden einstell- baren Verhältnis rascher als der erste verschoben wird.
Die Verschiebung des einen Fadens um ein zu messendes Teilstück der Skala des im Fernrohr erscheinenden Lattenbildes wird also durch die gleich- zeitig erzeugte Bewegung des andern Fadens in einem vielfachen und daher genau ablesbaren Mass wahr- nehmbar gemacht. Die nicht mehr direkt ablesbaren Abstände der distanzmessenden Fäden von den ihnen zunächst liegenden Teilstrichen des Skalenbildes können dann durch die angedeutete Einrichtung dadurch ablesbar gemacht werden, dass man den einen der beweglichen Fäden über die kurze, nicht ablesbare Strecke der Lattenskala bewegt, wodurch der zweite bewegliche Faden eine Strecke durchläuft, die ein vielfaches der von dem erstgenannten Faden durchlaufenen kleinen Strecke ist, und bei dem Übersetzungsverhältnis von z. B. 1 : 10 kann man bereits Skalenabschnitte ablesen, die sonst nur schwer geschätzt werden können.
Selbstverständlich kann man aber auch das Übersetzungsverhältnis grösser annehmen, und es ist klar, dass man auf diese Weise jede praktisch in Betracht kommende Genauigkeit der Ablesung erreichen kann.
Die Fig. 1-3 zeigen eine Ausführungsform der Einrichtung gemäss der Erfindung, die mit einem optischen Entfernungsmessinstrument vereinigt werden soll, u. zw. stellt Fig. 1 eine Ansieht und die Fig. 2 und 3 zwei Seitenansichten bei verschiedenen Stellungen der Fadenträger dar.
In dem Gehäuse 1 sind zwei Trägerpaare 2,2 und 3,3 lotrecht geführt und jedes dieser Paare enthält zwischen sich ausgespannt einen waagrechten Faden 4 bzw. 5, so dass diese beiden Fäden 4,5 parallel zu sich selbst lotrecht mit den Trägern auf-und abwärtsbewegt werden können. In dem Gehäuse 1 ist schliesslich noch ein dritter waagrechter Faden 6 unbeweglich gespannt.
Die Bewegung der Trägerpaare 2, 2 und 3, 3 wird von einer Welle 7 abgeleitet, auf der zwei einarmige
Hebel 8 von grösserer Länge und zwei eina-'mige kürzere Hebel 9 befestigt sind. Die längeren Hebel greifen
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dass durch Drehen der Welle ? m dem einen oder andern Sinn die Träger 2, J durch die Arme 8, 9 gehoben oder gesenkt werden, u. zw. wegen der Verschiedenheit der Länge der Hebel 8 und 9 die Träger 2 mit grosser Geschwindigkeit als die Träger 3.
Der Antrieb der Welle 7 geschieht durch ein auf ihr sitzendes Schneckenrad 12, das durch eine von dem Knopf 13 aus zu drehende Schnecke 14 getrieben wird.
Die Verhältnisse sind nun so gewählt, dass in der Normalstellung die beiden beweglichen Fäden 4 und 5 mit dem feststehenden Faden 6 zusammenfallen (s. Fig. 2). Wird dann der Knopf 1. 3 so gedreht, dass die Fäden 4 und 5 aufwärts bewegt werden, so legt der Faden 4 immer ein bestimmtes Vielfaches der Bewegung des Fadens 5 zurück, u. zw. in Abhängigkeit von dem Längenverhältnis der Hebel 8 und 9.
An Fig. 4 soll nun die Art der Verwendung dieser Vorrichtung erläutert werden. Im Okular des Fernrohres ist bekanntlich ein Fadenkreuz angeordnet, das aus den distanzmessenden Fäden, u. zw. dem unteren a, dem oberen b und dem mittleren e, und ferner einem lotrechten Faden d besteht. Im Okular erscheint auch das Bild der Distanzlatte e und das Messen geht nun so vor sich, dass man die Lage jedes der distanzmessenden Fäden a, b und c auf der Skala des Lattenbildes e genau abliest, dann das zwischen den distanzmessenden Fäden a, b liegende Skalenstück berechnet und den Betrag in die eingangs angeführte Distanzgleichung einsetzt.
Wenn nun bei der Beobachtung der Lage der distanzmessenden Fäden auf dem Skalenbild ein Faden, wie z. B. a, nicht gerade durch einen Teilstrich des Skalenbildes hindurchgeht, sondern etwa um einen Bruchteil x der kleinsten Skalenteilung unterhalb des nächsten Teilstriches gelegen ist und wenn auch die andern distanzmessenden Fäden in ähnlicher Weise um Bruchteile der kleinsten Teilung von einem Teilstrich entfernt sind, so wäre es normalerweise nötig, diese Bruchteile zu schätzen.
Die oben geschilderte Vorrichtung ermöglicht aber nun, dass der feststehende Faden 6 mit dem distanzmessenden Faden, dessen genaue Lage bestimmt werden soll, z. B. a, der von dem nächsten Teilstrich um die Strecke x entfernt ist, zum Zusammenfallen gebracht wird, da die ganze Vorrichtung lotrecht verstellbar gemacht ist. Dann werden auch die beweglichen Fäden 4 und 5 mit dem distanzmessenden Faden a zum Zusammenfallen gebracht und schliesslich der Faden 5 so weit abwärts bewegt, bis er mit dem nächsten vorhandenen Teilstrich der Latte zusammenfällt, also um den Betrag x.
Zur gleichen Zeit legt aber der bewegliche Faden 4 ein Vielfaches der Strecke x zurück, das an der Skalenteilung genau abgelesen werdenkann, und die sich ergebende Zahl braucht nur auf Grund des bekannten Übersetzungsverhältnisses der beiden Bewegungsmechanismen wieder auf das richtige Mass reduziert zu werden, um die Grösse x genau zu finden, die sonst nur schätzungsweise hätte angegeben werden können.
In gleicher Weise kann man auch die genaue Lage des oberen distanzmessenden Fadens b und des mittleren Fadens c festlegen, indem man die Fäden 6, 4, 5 mit diesen Fäden b, c aufeinanderfolgend zum Zusammenfallen bringt und den Faden 5 so weit verschiebt, bis er mit dem nächsten Teilstrich zusammenfällt.
Das Übersetzungsverhältnis soll bei sehr stark voneinander verschiedenen, zu messenden Entfernungen nicht immer das gleiche sein ; bei grösseren Entfernungen soll auch das Übersetzungsverhältnis grösser werden, weil sonst auch der Weg des rascher laufenden Fadens 4 noch zu klein wäre, um eine genaue Ablesung zu ermöglichen. Anderseits könnte ein zu grosses Übersetzungsverhältnis bei kleinen Entfernungen den Nachteil haben, dass der rascher bewegliche Faden 4 mitunter ganz aus dem Gesichtsfelde herauskäme.
Es wird daher nötig sein, für sehr stark voneinander verschiedene Entfernungen derartige Einrichtungen mit verschiedenem Übersetzungsverhältnis zu verwenden oder aber die Einrichtung so auszugestalten, dass das Übersetzungsverhältnis geändert werden kann, wozu es ja sowohl in der Feinmechanik als auch im Maschinenbau genügende Vorbilder gibt.
Die Vorrichtung kann in konstruktiver Beziehung überhaupt verschiedenartig ausgeführt werden.
Anstatt der zwischen Trägern gespannten Fäden können auch Glasplatten mit eingeritzten Strichen verwendet werden. Wünscht man die Vorrichtung zu vereinfachen, so kann der feststehende Faden 6 auch wegbleiben ; doch muss man dann die Ausgangsstellung der beiden beweglichen Fäden mit dem Auge festhalten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Optische Entfernungsmessvorrichtung, bestehend aus einem Fernrohr mit parallelen, distanzmessenden Fäden, dadurch gekennzeichnet, dass im Okular zwei Träger mit je einem parallel zu den distanzmessenden Fäden liegenden Faden senkrecht zu den distanzmessenden Fäden verschiebbar angeordnet sind und die Bewegungsorgane dieser beiden Träger derart miteinander verbunden sind, dass, wenn der eine Träger verschoben wird, der andere in einem bestimmten, gegebenenfalls veränderbaren Verhältnis rascher als der erste verschoben wird, so dass die Verstellung des einen Fadens um ein zu messendes Teilstück der Skala des Lattenbildes durch den andern Faden in einem vielfachen und daher genau ablesbaren Mass wahrnehmbar gemacht wird.